DE102007034164A1 - Integrierte Schaltung, Verfahren zum Betreiben einer integrierten Schaltung, Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung, aktives Element, Speichermodul sowie Computersystem - Google Patents

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Abstract

Ein aktives Element weist eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode und einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, auf. Der Festkörperelektrolyt weist einen negativen differentiellen Widerstand auf.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung, ein Verfahren zum Betreiben einer integrierten Schaltung, ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung, ein Speichermodul, ein aktives Element sowie ein Computersystem.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist, den Anwendungsbereich resistiver Komponenten wie beispielsweise Festkörperelektrolytkomponenten oder Phasenänderungskomponenten zu erweitern.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung eine integrierte Schaltung gemäß Patentanspruch 1 bereit. Weiterhin stellt die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer integrierten Schaltung gemäß Patentanspruch 14 bereit. Die Erfindung stellt Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung gemäß den Patentansprüchen 19, 23, 26 und 28 bereit. Schließlich stellt die Erfindung ein aktives Element gemäß Patentanspruch 29, ein Speichermodul gemäß Patentanspruch 30 sowie ein Computersystem gemäß Patentanspruch 32 bereit. Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen des Erfindungsgedankens finden sich in den Unteransprüchen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine integrierte Schaltung bereitgestellt, die ein aktives Element aufweist. Das aktive Element weist eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode sowie einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, auf. Der Festkörperelektrolyt hat einen negativen differentiellen Widerstand.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein aktives Element bereitgestellt, das eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode sowie einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist. Der Festkörperelektrolyt hat einen negativen differentiellen Widerstand.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Festkörperelektrolyt dauerhaft existierende Hohlräume auf, die zumindest teilweise mit metallischem Material gefüllt sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Hohlräume so ausgestaltet bzw. angeordnet, dass metallisches Material aus den Hohlräumen herausgetrieben wird, sobald eine externe Spannung zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angelegt wird, oder sobald eine externe Spannung zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode einen entsprechenden Treibspannungsschwellenwert übersteigt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Hohlräume so angeordnet, dass metallisches Material aus dem Festkörperelektrolyten oder aus der reaktiven Elektrode in die Hohlräume hineingetrieben wird, sobald eine externe Spannung, die zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angelegt wird, verschwindet, oder sobald eine externe Spannung, die zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode anliegt, unterhalb eines entsprechenden Treibspannungsschwellenwerts fällt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die externe Spannung, die zum Treiben des metallischen Materials aus den Hohlräumen hinaus verwendet wird, 0,1 V bis 2 V oder 0,2 V bis 1 V oder 0,3 V bis 0,5 V.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bildet das metallische Material innerhalb der Hohlräume metallische Cluster.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Hohlräume Durchmesser zwischen 5 nm und 1 μm, oder zwischen 10 nm bis 100 μm auf.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beinhalten das metallische Material sowie die reaktive Elektrode das gleiche Material bzw. bestehen aus dem gleichen Material. Dieses Material kann beispielsweise Ag (Silber) oder Cu (Kupfer) sein. Allgemeiner kann dieses Material jedes Metall oder jede Verbindung sein, die leicht gelöst werden kann und/oder leicht in den Festkörperelektrolyten eindiffundiert werden kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Festkörperelektrolyt Chalcogenid, d. h. beispielsweise GeS, GeSe oder AgS oder Verbindungen (z. B. Verbindungen aus diesen Materialien) auf, bzw. besteht hieraus.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die reaktive Elektrode Silber oder Kupfer oder Verbindungen aus diesen Materialien auf bzw. besteht hieraus.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das metallische Material Silber auf bzw. besteht hieraus.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer integrierten Schaltung mit einem aktiven Element bereitgestellt. Das aktive Element weist eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode sowie einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, auf. Der Festkörperelektrolyt hat einen negativen differentiellen Widerstand. Das Verfahren weist auf: Erhöhen des Widerstands des aktiven Elements, indem die Stärke einer externen Spannung, die zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angelegt wird, erhöht wird, und/oder Verringern des Widerstands des aktiven Elements, indem die Stärke einer externen Spannung verringert wird, die zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angelegt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines aktiven Elements bereitgestellt. Das aktive Element weist eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode und einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, auf, wobei der Festkörperelektrolyt einen negativen differentiellen Widerstand aufweist. Das Verfahren weist auf: Erhöhen des Widerstands des aktiven Elements, indem die Stärke einer externen Spannung, die zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angelegt wird, erhöht wird, und/oder Verringern des Widerstands des aktiven Elements, indem die Stärke einer externen Spannung verringert wird, die zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angelegt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird, um den Widerstand des aktiven Elements zu erhöhen, metallisches Material aus dauerhaft existierenden Hohlräumen des Festkörperelektrolyten herausgetrieben, indem die Stärke einer externen Spannung erhöht wird, die zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angelegt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird, um den Widerstand des aktiven Elements zu verringern, metallisches Material in dauerhaft existierende Hohlräume des Festkörperelektrolyten hineingetrieben, indem die Stärke einer externen Spannung, die zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode anliegt, verringert wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die externe Spannung, die zum Treiben des metallischen Materials aus den Hohlräumen heraus verwendet wird, 0,1 V bis 2 V oder 0,2 V bis 1 V oder 0,3 V bis 0,5 V.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die externe Spannung, die zum Treiben des metallischen Materials in die Hohlkörper hinein verwendet wird, 0 V bis 0,3 V oder 0 V bis 0,1 V.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung mit einem aktiven Element bereitgestellt. Das Verfahren weist auf: Wärmebehandeln einer Verbundstruktur, die eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode sowie einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist, wobei die Wärmebehandlung so lange ausgeführt wird, bis der Festkörperelektrolyt einen negativen differentiellen Widerstand aufweist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines aktiven Elements bereitgestellt, wobei das Verfahren aufweist: Wärmebehandeln einer Verbundstruktur, die eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode sowie einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist, wobei die Wärmebehandlung so lange ausgeführt wird, bis der Festkörperelektrolyt einen negativen differentiellen Widerstand aufweist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Parameter der Wärmebehandlung so gewählt, dass dauerhaft vorhandene Hohlräume innerhalb des Festkörperelektrolyten ausgebildet werden, die mit metallischem Material gefüllt sind, das aufgrund der Wärmebehandlung aus der reaktiven Elektrode in den Festkörperelektrolyten hinein getrieben wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Wärmebehandlung bei Temperaturen um 300°C bis 500°C oder bei Temperaturen um 350°C bis 450°C ausgeführt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung liegt die Dauer der Wärmebehandlung zwischen zehn Minuten und zwei Stunden oder zwischen 30 Minuten und einer Stunde.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung mit einem aktiven Element bereitgestellt. Das Verfahren weist auf: Anlegen einer Spannung zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode einer Verbundstruktur, die eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode sowie einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist. Das Anwenden der Spannung wird so lange ausgeführt, bis der Festkörperelektrolyt einen negativen differentiellen Widerstand aufweist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines aktiven Elements bereitgestellt. Das Verfahren weist auf: Anlegen einer Spannung zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode einer Verbundstruktur, die eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode sowie einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist. Das Anlegen der Spannung ermöglicht bzw. bewirkt den Fluss eines elektrischen Stroms durch das aktive Element und wird so lange ausgeführt, bis der Festkörperelektrolyt einen negativen differentiellen Widerstand aufweist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Anlegen der Spannung so lange ausgeführt, bis dauerhaft vorhandene Hohlräume innerhalb des Festkörperelektrolyten ausgebildet werden, die mit metallischem Material gefüllt sind. Das metallische Material wird beim Anlegen der Spannung aufgrund des Stromflusses aus der reaktiven Elektrode heraus in den Festkörperelektrolyten hinein getrieben.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Anlegen der Spannung bei Spannungen um 0,3 V mit einer Strombegrenzung von 10 μA bis 1 mA oder einer Begrenzung von 50 μA bis 200 μA ausgeführt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung bereitgestellt. Die integrierte Schaltung weist ein aktives Element mit einer reaktiven Elektrode, einer inerten Elektrode sowie einem Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, auf. Das Verfahren weist auf: Abscheiden eines Festkörperelektrolyten unter Verwendung eines Co-Sputter-Prozesses von Festkörperelektrolytmaterial und metallischem Material.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der Festkörperelektrolyt nach Ausführen des Abschaltprozesses einer Wärmebehandlung unterzogen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung bereitgestellt, die ein aktives Element mit einer reaktiven Elektrode, einer inerten Elektrode sowie einem Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist. Das Verfahren weist auf: Abscheiden des Festkörperelektrolyten durch Abschalten eines Multischichtstapels mit einer Mehrzahl von Schichten, die Festkörperelektrolytmaterial aufweisen, und mit einer Mehrzahl von Schichten, die metallisches Material aufweisen, und Wärmebehandeln des Multischichtstapels.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Wärmebehandlung Teil aufeinanderfolgender Prozessierschritte, die ein normales thermisches Budget der Standardhalbleiterprozessierung beinhalten, was bewirkt, dass das metallische Material in dem Festkörperelektrolyten zu einem negativen differentiellen Widerstand führt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das aktive Element eine Diode oder ein Transistor.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die integrierte Schaltung einen Verstärker, einen Frequenzumwandler oder einen Oszillator auf.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die integrierte Schaltung eine Logikschaltung, die eine Festkörperelektrolytspeichervorrichtung steuert.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Logikschaltung auf dem gleichen Chip ausgebildet, auf dem die Speichervorrichtung angeordnet ist.
  • Alle Ausführungsformen integrierter Schaltungen gemäß der Erfindung können auf die Ausführungsformen der erfindungsgemäßen aktiven Elemente angewandt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Speichermodul bereitgestellt, das wenigstens eine integrierte Schaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und/oder wenigstens ein aktives Element gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Speichermodul stapelbar.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden neue Typen aktiver Elemente bereitgestellt, die es ermöglichen, den Herstellungsprozess integrierter Schaltungen mit aktiven Elementen zu vereinfachen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Computersystem bereitgestellt, das aufweist: eine Eingabeeinrichtung; eine Ausgabeeinrichtung; eine Verarbeitungseinrichtung; und ein aktives Element, wobei das aktive Element eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode sowie einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist, und wobei der Festkörperelektrolyt einen negativen differentiellen Widerstand aufweist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist zumindest eine der Eingabeeinrichtung und der Ausgabeeinrichtung eine Drahtloskommunikationseinrichtung.
  • Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
  • 1A eine Querschnittsdarstellung einer Festkörperelektrolytspeicherzelle in einem ersten Speicherzustand;
  • 1B eine Querschnittsdarstellung einer Festkörperelektrolytspeicherzelle in einem zweiten Zustand;
  • 2A eine Querschnittsdarstellung eines aktiven Elements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in einem ersten Schaltzustand;
  • 2B eine Querschnittsdarstellung des in 2A gezeigten aktiven Elements in einem zweiten Schaltzustand;
  • 3 eine Querschnittsdarstellung eines aktiven Elements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines aktiven Elements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines aktiven Elements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines aktiven Elements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 7 eine integrierte Schaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 8 eine integrierte Schaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 9 eine schematische Darstellung, die ein technisches Prinzip, das einem aktiven Element gemäß einer Ausführungsform der Erfindung unterliegt, darstellt;
  • 10A ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines aktiven Elements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 10B ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines aktiven Elements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 11A ein Speichermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 11B ein Speichermodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
  • 12 ein Computersystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • In den Figuren können identische bzw. einander entsprechende Bereiche, Bauteile oder Bauteilgruppen mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet sein. Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Zeichnungen schematisch sein können, d. h. nicht maßstabsgetreu zu sein brauchen.
  • Da die erfindungsgemäßen Ausführungsformen auch Fest körperelektrolyt-Vorrichtungen wie CBRAM-Vorrichtungen (Leitungsbrückenspeichervorrichtungen mit wahlfreiem Zugriff) anwendbar sind, soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die 1A und 1B ein wichtiges Prinzip, das Ausführungsformen von CBRAM-Vorrichtungen zugrunde liegt, erläutert werden.
  • Da die erfindungsgemäßen Ausführungsformen auf programmierbare Metallisierungszellen (PMC's = "programmable metallization cells") wie beispielsweise CBRAM-Vorrichtungen ("conductive bridging random access memory"-Vorrichtungen) anwendbar sind, soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf 1a und 1b ein wichtiges Prinzip erläutert werden, das CBRAM-Vorrichtungen zugrundeliegt.
  • Eine CBRAM-Zelle weist eine erste Elektrode 101, eine zweite Elektrode 102 sowie einen Festkörperelektrolytblock (auch als Ionenleiterblock bekannt) 103, der zwischen der ersten Elektrode 101 und der zweiten Elektrode 102 angeordnet ist, auf. Der Festkörperelektrolytblock kann auch von mehreren Speicherzellen gemeinsam benutzt werden (hier nicht gezeigt). Die erste Elektrode 101 kontaktiert eine erste Oberfläche 104 des Festkörperelektrolytblocks 103, die zweite Elektrode 102 kontaktiert eine zweite Oberfläche 105 des Festkörperelektrolytblocks 103. Der Festkörperelektrolytblock 103 ist gegenüber seiner Umgebung durch eine Isolationsstruktur 106 isoliert. Die erste Oberfläche 104 ist üblicherweise die Oberseite, die zweite Oberfläche 105 die Unterseite des Festkörperelektrolytblocks 103. Die erste Elektrode 101 ist üblicherweise die obere Elektrode, die zweite Elektrode 102 die untere Elektrode der CBRAM-Zelle. Eine der ersten und zweiten Elektrode 101, 102 ist eine reaktive Elektrode, die jeweils andere eine inerte Elektrode. Beispielsweise ist die erste Elektrode 101 die reaktive Elektrode, und die zweite Elektrode 102 die inerte Elektrode. In diesem Fall kann die erste Elektrode 101 beispielsweise aus Silber (Ag), der Festkörperelektrolytblock 103 aus Chalkogenid-Material, und die Isolationsstruktur 106 aus SiO2 oder Si3N4 bestehen. Die zweite Elektrode 102 kann alternativ bzw. zusätzlich Nickel (Ni), Platin (Pt), Iridium (Ir), Rhenium (Re), Tantal (Ta), Titan (Ti), Ruthenium (Ru), Molybdän (Mo), Vanadium (V), leitende Oxide, Silizide sowie Nitride der zuvor erwähnten Materialien beinhalten, und kann weiterhin Legierungen der zuvor erwähnten Materialien beinhalten. Die Dicke des Ionenleiterblocks 103 kann beispielsweise 5 nm bis 500 nm betragen. Die Dicke der ersten Elektrode 101 kann beispielsweise 10 nm bis 100 nm betragen. Die Dicke der zweiten Elektrode 102 kann beispielsweise 5 nm bis 500 nm, 15 nm bis 150 nm, oder 25 nm bis 100 nm betragen. Die Ausführungsformen der Erfindung sind nicht auf die oben erwähnten Materialien und Dicken beschränkt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist unter Chalkogenid-Material (allgemeiner: das Material des Ionenleiterblocks 103) eine Verbindung zu verstehen, die Sauerstoff, Schwefel, Selen, Germanium und/oder Tellur aufweist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist Chalkogenid-Material eine Verbindung aus einem Chalkogenid und zumindest einem Metall der Gruppe I oder Gruppe II des Periodensystems, beispielsweise Arsen-Trisulfid-Silber. Alternativ enthält das Chalkogenid-Material Germaniumsulfid (GeSx), Germaniumselenid (GeSex), Wolframoxid (WOx), Kupfersulfid (CuSx) oder ähnliches. Weiterhin kann das Chalkogenid-Material Metallionen enthalten, wobei die Metallionen ein Metall sein können, das aus einer Gruppe gewählt ist, die aus Silber, Kupfer und Zink besteht bzw. aus einer Kombination oder einer Legierung dieser Metalle. Der Ionenleiterblock 103 kann aus Festkörperelektrolytmaterial bestehen.
  • Wenn eine Spannung über dem Festkörperelektrolytblock 103 abfällt, wie in 1a angedeutet ist, wird eine Redoxreaktion in Gang gesetzt, die Ag+-Ionen aus der ersten Elektrode 101 heraus löst und in den Festkörperelektrolytblock 103 hinein treibt, wo diese zu Silber reduziert werden. Auf diese Art und Weise werden silberhaltige Cluster 108 in dem Festkörperelektrolytblock 103 ausgebildet. Wenn die Spannung über dem Festkörperelektrolytblock 103 lange genug abfällt, erhöht sich die Größe und die Anzahl der silberreichen Cluster innerhalb des Festkörperelektrolytblocks 103 so stark, dass eine leitende Brücke (leitender Pfad) 107 zwischen der ersten Elektrode 101 und der zweiten Elektrode 102 ausgebildet wird. Wenn die in 1b gezeigte Spannung über dem Festkörperelektrolytblock 103 abfällt (inverse Spannung verglichen zu der in 1a dargestellten Spannung), wird eine Redoxreaktion in Gang gesetzt, die Ag+-Ionen aus dem Festkörperelektrolytblock 103 hinaus zur ersten Elektrode 101 treibt, an der diese zu Silber reduziert werden. Damit wird die Größe und die Anzahl silberreicher Cluster 108 innerhalb des Festkörperelektrolytblocks 103 verringert. Erfolgt dies lange genug, wird die leitende Brücke 107 gelöscht.
  • Um den momentanen Speicherzustand der CBRAM-Zelle festzustellen, wird ein Messstrom durch die CBRAM-Zelle geleitet. Der Messstrom erfährt einen hohen Widerstand, wenn in der CBRAM-Zelle keine leitende Brücke 107 ausgebildet ist, und erfährt einen niedrigen Widerstand, wenn in der CBRAM-Zelle eine leitende Brücke 107 ausgebildet ist. Ein hoher Widerstand repräsentiert beispielsweise logisch "0", wohingegen ein niedriger Widerstand logisch "1" repräsentiert, oder umgekehrt. Anstelle eines Messtroms kann auch eine Messpannung zum Einsatz kommen.
  • 2A und 2B zeigen ein aktives Element 200 in einem ersten Schaltzustand (2A) und in einem zweiten Schaltzustand (2B). Die Architektur des aktiven Elements 200 ist die gleiche wie die der Speicherzelle 100, wie in den 1A und 1B gezeigt ist. Jedoch weist das aktive Element 200 zusätzlich dauerhaft vorhandene Hohlräume 201 auf, die im ersten Schaltzustand (2A) wenigstens teilweise mit metallischem Material 202 gefüllt sind, und die im zweiten Schaltzustand (2B) vollkommen leer sind, d. h. kein metallisches Material 202 aufweisen. Allgemeiner: Der erste Schaltzustand weist eine erhöhte Menge an metallischem Material 202 innerhalb der Hohlräume auf, verglichen mit dem zweiten Schaltzustand. Die Hohlräume 201 sind innerhalb des Festkörperelektrolytblocks 103 angeordnet. Die Anzahl der Hohlräume 201 innerhalb des Festkörperelektrolytblocks 103 ist beliebig. Aus Gründen der Einfachheit sind in den 2A und 2B lediglich drei Hohlräume 201 gezeigt. Die Hohlräume 201 können innerhalb des Festkörperelektrolytblocks 103 an beliebigen Positionen angeordnet sein.
  • Die Hohlräume 202 bewirken, dass der Festkörperelektrolytblock 103 (und konsequenterweise das gesamte aktive Element 200) einen negativen differentiellen Widerstand aufweist (der in der folgenden Beschreibung auch als "NDR" bezeichnet ist), d. h. ein Strom, der von der reaktiven Elektrode 101 durch den Festkörperelektrolytblock 103 zur inerten Elektrode 102 fließt, wird in seiner Stärke verringert, wenn eine Spannung zwischen der reaktiven Elektrode 101 und der inerten Elektrode 102 in ihrer Stärke ansteigt. Der negative differentielle Widerstand resultiert aus den Hohlräumen 201: metallisches Material wird aus den Hohlräumen hinausgetrieben, sobald eine externe Spannung zwischen der reaktiven Elektrode 101 und der inerten Elektrode 102 angelegt wird, oder sobald eine externe Spannung zwischen der reaktiven Elektrode 101 und der inerten Elektrode 102 einen entsprechenden Treibspannungsschwellenwert überschreitet. Auf die gleiche Art und Weise sind die Hohlräume 201 so angeordnet bzw. ausgestaltet, dass metallisches Material 202 in die Hohlräume 201 getrieben wird, sobald eine externe Spannung zwischen der reaktiven Elektrode 101 und der inerten Elektrode 102 auf Null reduziert wird, oder sobald eine externe Spannung, die zwischen der reaktiven Elektrode 101 und der inerten Elektrode 102 anliegt, unter einen entsprechenden Treibspannungsschwellenwert fällt.
  • Ein weiterer Unterschied zwischen dem in 2A und 2B gezeigten aktiven Element 200 und der in 1A und 1B gezeigten Speicherzelle 100 ist, dass eine externe Spannung zwischen der reaktiven Elektrode 101 und der inerten Elektrode 102 der Speicherzelle 100 angelegt werden muss, um eine Leitungsbrücke zwischen der reaktiven Elektrode 101 und der inerten Elektrode 102 anzulegen, wobei keine externe Spannung zwischen der reaktiven Elektrode 101 und der inerten Elektrode 102 des aktiven Elements 200 angelegt werden muss, um zwischen der reaktiven Elektrode 101 und der inerten Elektrode 102 eine Leitungsbrücke auszubilden. Mit anderen Worten: der leitende Pfad 107 wird automatisch ausgebildet, sobald keine externe Spannung zwischen der reaktiven Elektrode 101 und der inerten Elektrode 102 des aktiven Elements 200 anliegt; eine externe Spannung muss zwischen der reaktiven Elektrode 101 und der inerten Elektrode 102 des aktiven Elements 200 angelegt werden, wenn der leitende Pfad 107 gelöscht werden soll (2B). Das heißt, dass das metallische Material 202 "automatisch" in die Hohlräume 202 getrieben wird (und damit den leitenden Pfad 107 ausbildet), wenn keine externe Spannung zwischen der reaktiven Elektrode 101 und der inerten Elektrode 102 ausgebildet wird. Eine externe Spannung wird nur benötigt, wenn das metallische Material 202 aus den Hohlräumen 201 in den Festkörperelektrolytblock 103 hinausgetrieben werden soll. Mit anderen Worten: die Hohlräume 201 werden "automatisch" mit metallischem Material 202 gefüllt, sobald das aktive Element frei von äußeren Einflüssen ist, beispielsweise wenn keine externe Spannung zwischen der reaktiven Elektrode 101 und der inerten Elektrode 102 anliegt.
  • 2A und 2B zeigen den Fall, in dem der leitende Pfad 107 ausgebildet wird, sobald keine externe Spannung zwischen der reaktiven Elektrode 101 und der inerten Elektrode 102 anliegt. Jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt: allgemeiner wird der leitende Pfad 107 ausgebildet, wenn die externe Spannung zwischen der reaktiven Elektrode 101 und der inerten Elektrode 102 im ersten Schaltzustand (2A) niedriger ist als im zweiten Schaltzustand (2B). Auf diese Art und Weise wird ein negativer differentieller Widerstand erhalten.
  • Die externe Spannung, die zum Treiben des metallischen Materials aus den Hohlräumen hinaus eingesetzt wird, kann beispielsweise 0,1 V bis 2 V oder 0,2 V bis 1 V oder 0,3 V bis 0,5 V betragen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen die Hohlräume 201 Durchmesser D auf, die von 5 nm bis 1 μ oder von 10 nm bis 100 nm reichen, wie in 3 gezeigt ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bildet das metallische Material 202 metallische Cluster innerhalb der Hohlräume 202 aus. Auf diese Art und Weise ist sichergestellt, dass das metallische Material 202 aus den Hohlräumen 201 hinausgetrieben werden kann, sobald eine externe Spannung ausreichender Stärke zwischen der reaktiven Elektrode 101 und der inerten Elektrode 102 anliegt. Das metallische Material kann innerhalb der Hohlräume auch auf andere Arten als in Clustern "kondensieren".
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weisen das metallische Material 202 und die reaktive Elektrode 101 das gleiche Material auf bzw. bestehen aus dem gleichen Material, beispielsweise Silber (Ag).
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist der Festkörperelektrolytblock 103 Chalcogenide auf bzw. besteht aus Chalcogenide.
  • 4 zeigt ein Verfahren zum Betreiben eines aktiven Elements (z. B. das in 2A und 2B gezeigte aktive Element 200) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • In einem ersten Prozess 401 wird der Widerstand des aktiven Elements erhöht, indem die Stärke einer externen Spannung, die zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode anliegt, erhöht wird.
  • In einem zweiten Prozess 402 wird der Widerstand des aktiven Elements verringert, indem die Stärke einer externen Spannung, die zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode anliegt, verringert wird.
  • Beispielhaft soll das oben erwähnte Verfahren auf das aktive Element 200, das in den 2A und 2B gezeigt ist, angewandt werden. 2A zeigt den Fall, bei dem der Widerstand des aktiven Elements 200 verringert wird, da keine externe Spannung zwischen der reaktiven Elektrode 101 und der inerten Elektrode 102 anliegt. 2B zeigt den Fall, in dem der Widerstand des aktiven Elements 200 erhöht wird, da, verglichen mit 2A, die Stärke einer externen Spannung, die zwischen der reaktiven Elektrode 101 und der inerten Elektrode 102 anliegt, erhöht wird. Um den Widerstand des aktiven Elements 200 zu erhöhen, wird metallisches Material 200 aus den dauerhaft vorhandenen Hohlräumen des Festkörperelektrolytblocks 103 herausgetrieben, indem die Stärke einer externen Spannung, die zwischen der reaktiven Elektrode 101 und der inerten Elektrode 102 anliegt, erhöht wird. Um den Widerstand des aktiven Elements 200 zu verringern, wird metallisches Material in die dauerhaft vorhandenen Hohlräume 201 des Festkörperelektrolytblocks 103 getrieben, indem die Stärke einer externen Spannung, die zwischen der reaktiven Elektrode 101 und der inerten Elektrode 102 anliegt, verringert wird. Die externe Spannung, die zum Treiben des metallischen Materials aus den Hohlräumen heraus eingesetzt wird, kann beispielsweise 0,1 V bis 2 V oder 0,2 V bis 1 V oder 0,3 V bis 0,5 V betragen. Die externe Spannung, die zum Treiben des metallischen Materials 202 in die Hohlräume 201 hinein eingesetzt wird, kann beispielsweise 0 V bis 0,3 V oder 0 V bis 0,1 V betragen.
  • 5 zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines aktiven Elements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In einem ersten Prozess 501 wird eine Verbundstruktur einer Wärmebehandlung unterzogen, wobei die Verbundstruktur eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode sowie einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist. In einem zweiten Prozess 502 wird festgestellt, ob der Festkörperelektrolyt aufgrund der Wärmebehandlung bereits einen negativen differentiellen Widerstand aufweist. Wenn der Festkörperelektrolyt bereits einen negativen differentiellen Widerstand aufweist, wird das Verfahren in einem dritten Prozess 503 beendet. Ist dies nicht der Fall, wird der erste Prozess 501 wiederholt.
  • Beispielhaft soll das oben beschriebene Verfahren auf das in 2A und 2B beschriebene aktive Element 200 angewandt werden: das aktive Element 200, das in den 2A und 2B gezeigt ist, könnte zu anfangs keinen negativen differentiellen Widerstand aufweisen (d. h. keine Hohlräume 201 aufweisen). Um den negativen differentiellen Widerstand zu erzeugen, kann die Verbundstruktur mit der reaktiven Elektrode 101, dem Festkörperelektrolytblock 103 und der inerten Elektrode 102 so aufgewärmt werden, dass der Festkörperelektrolyt einen negativen differentiellen Widerstand aufweist, nachdem der Aufwärmprozess ausgeführt worden ist. Um den negativen differentiellen Widerstand des Festkörperelektrolytblocks 103 zu erzeugen, können die Parameter der Wärmebehandlung so gewählt sein, dass dauerhaft vorhandene Hohlräume 202 innerhalb des Festkörperelektrolytblocks 103 ausgebildet werden, die mit metallischem Material 202 gefüllt sind, das aufgrund der Wärmebehandlung aus der reaktiven Elektrode 101 in den Festkörperelektrolytblock 103 hineingetrieben wird. Die Wärmebehandlung kann beispielsweise bei Temperaturen um 300°C bis 500°C oder bei Temperaturen um 350°C bis 450°C ausgeführt werden. Die Dauer der Wärmebehandlung kann beispielsweise 10 Minuten bis zwei Stunden oder 30 Minuten bis eine Stunde betragen.
  • 6 zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines aktiven Elements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In einem ersten Prozess wird zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode eine Verbundstruktur mit einer reaktiven Elektrode, einer inerten Elektrode und einem Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, eine Spannung angelegt. In einem zweiten Prozess 602 wird ermittelt, ob der Festkörperelektrolyt einen negativen differentiellen Widerstand aufweist. Wenn der Festkörperelektrolyt einen negativen differentiellen Widerstand aufweist, wird das Verfahren in einem dritten Prozess 603 beendet. Ist dies nicht der Fall, kehrt das Verfahren zum ersten Prozess 601 zurück.
  • Beispielhaft soll das oben beschriebene Verfahren auf das in 2A und 2B gezeigte aktive Element 200 angewandt werden: das aktive Element 200, das in den 2A und 2B gezeigt ist, kann einer externen Spannung unterworfen werden, die zwischen der reaktiven Elektrode 101 und der inerten Elektrode 102 anliegt und einen Stromfluss durch das aktive Element 200 erzeugt. Um den negativen differentiellen Widerstand zu erzeugen, kann das Anlegen der externen Spannung so lange ausgeführt werden, bis dauerhaft vorhandene Hohlräume 201 innerhalb des Festkörperelektrolytblocks 103 ausgebildet werden, die mit metallischem Material gefüllt sind, das aufgrund des Anlegens der Spannung aus der reaktiven Elektrode 101 hinaus in den Festkörperelektrolytblock 103 hineingetrieben werden. Die externe Spannung kann beispielsweise eine Spannung oberhalb von 0,3 V mit einer Strombegrenzung von 10 μA bis 1 mA oder einer Begrenzung von 50 μA bis 200 μA sein.
  • 7 zeigt eine integrierte Schaltung 700 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die integrierte Schaltung 700 weist ein Speicherarray 701 und eine Steuerschaltung 702 auf, wobei das Speicherarray 701 und die Steuerschaltung 702 beide auf dem gleichen Chip 703 angeordnet sind. Das Speicherarray 701 weist eine Mehrzahl von Festkörperelektrolytspeicherzellen 704 auf. Die Steuerschaltung 702 weist wenigstens ein aktives Element 705 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auf, beispielsweise eine Diode oder ein Schaltelement. Das wenigstens eine aktive Element 705 weist eine reaktive Elektrode 101, eine inerte Elektrode 102 sowie einen Festkörperelektrolyten 103, der zwischen der reaktiven Elektrode 101 und der inerte Elektrode 102 angeordnet ist, auf. Der Festkörperelektrolyt 103 des wenigstens einen aktiven Elements 705 weist einen negativen differentiellen Widerstand auf. Die Architektur des wenigstens einen aktiven Elements 705 kann beispielsweise der des in 2A und 2B gezeigten aktiven Elements 200 entsprechen. Weiterhin kann die Architektur der Festkörperelektrolytspeicherzellen 704 beispielsweise der des aktiven Elements 200 entsprechen, das in den 2A und 2B gezeigt ist. Ein Vorteil hierbei ist, dass das wenigstens eine aktive Element 705 und die Festkörperelektrolytspeicherzellen 704 (zumindest teilweise) hergestellt werden können unter Verwendung desselben Herstellungsprozesses. Damit kann der Herstellungsprozess vereinfacht werden.
  • Obwohl die integrierte Schaltung 700 eine Speichervorrichtung aufweist, können die Prinzipien der Ausführungsformen der Erfindung auf beliebige integrierte Schaltungen angewandt werden, d. h. auch auf integrierte Schaltungen, die keine Speichervorrichtungen enthalten, beispielsweise reine Logikschaltungen. Die Ausführungsformen des aktiven Elements gemäß der Erfindung können in beliebigen Schaltungen zum Einsatz kommen.
  • 8 zeigt eine weitere integrierte Schaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Eine integrierte Schaltung 800 weist eine LC-Schaltung mit einem ersten Widerstand 801, einem zweiten Widerstand 802 und einem dritten Widerstand 803 auf. Die integrierte Schaltung 800 weist weiterhin einen Kondensator 804 und eine Induktivität 805, die parallel zum dritten Widerstand 803 geschaltet ist, auf. Die integrierte Schaltung 800 weist weiterhin eine Energieversorgung 806 und ein aktives Element 807 auf. Das aktive Element 807 kann beispielsweise die gleiche Architektur aufweisen wie die des aktiven Elements 200, das in 2A und 2B gezeigt ist. Normalerweise wird der Wechselstrom, der durch die LC-Schaltung, die aus der Induktivität 805 und dem Kondensator 804 besteht, fließt, in ihrer Stärke verringert aufgrund von Widerständen innerhalb der integrierten Schaltung 800 (insbesondere Widerstand 803), was nicht vermieden werden kann. Jedoch wird aufgrund des aktiven Elements 807 die Oszillation des Stroms, der durch die Induktivität 805 fließt, so manipuliert, dass eine ungedämpfte Stromoszillation erhalten wird: wie in dem Strom/Spannungsdiagramm im rechten Teil der 8 gezeigt ist, verstärkt das aktive Element 807 den Strom auf dem Teil der Strom-/Spannungskurve, der einen negativen Gradienten aufweist. Dies wird durch den negativen differentiellen Widerstand des aktiven Elements 807 sowie durch ein Vorspannen ("Bias") des Arbeitspunkts des aktiven Elements 807 aufgrund geeignet ausgewählter Werte für den ersten Widerstand 801 und den zweiten Widerstand 802 erreicht. Auf diese Art und Weise arbeitet das aktive Element 807 ähnlich wie eine Tunneldiode. Die integrierte Schaltung 800 kann beispielsweise als On-Chip-Oszillator oder Verstärker ausgestaltet sein.
  • 9 zeigt ein Strom-/Spannungsdiagramm eines aktiven Elements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Eine Strom-/Spannungskurve 901 bezeichnet ein aktives Element, das ähnliche Charakteristika wie das einer herkömmlichen Festkörperelektrolytspeicherzelle aufweist. Die Strom-/Spannungskurve 902 bezeichnet eine Strom-/Spannungskurve eines aktiven Elements mit ähnlichen Eigenschaften wie die einer herkömmlichen Festkörperelektrolytspeicherzelle, jedoch mit einer höheren Sättigung metallischen Materials innerhalb des Festkörperelektrolytblocks. Die Strom-/Spannungskurve 903 bezeichnet die Strom-/Spannungskurve eines aktiven Elements mit ähnlichen Charakteristika wie die einer herkömmlichen Festkörperelektrolytspeicherzelle, jedoch mit einer noch höheren Sättigung metallischen Materials innerhalb ihres Festkörperelektrolytblocks.
  • Der 9 kann Folgendes entnommen werden: je höher die Sättigung des metallischen Materials innerhalb des Ionenleiterblocks ist, desto höher ist der negative thermische Widerstand des aktiven Elements. Die in 9 gezeigten Pfeile, die nach rechts zeigen, bedeuten, dass die Spannung erhöht wird, wohingegen die in 9 gezeigten Pfeile, die nach links zeigen, bedeuten, dass die Spannung reduziert wird: unterschiedliche Strom-/Spannungskurven werden für das gleiche aktive Element erhalten, wenn die Spannung von 0 auf einen bestimmten Spannungswert erhöht wird, und wenn die Spannung von diesem Spannungswert zurück auf den Spannungswert 0 verringert wird.
  • Damit ergibt die Übersättigung metallischen Materials (beispielsweise Silber) eine umgekehrte Betriebsweise mit NDR.
  • Die Charakteristika des aktiven Elements, die durch 9 gekennzeichnet sind, können mit den Charakteristika einer ESAKI-Diode (Tunneldiode) verglichen werden. Auf diese Art und Weise werden aktive Elemente erhalten, die in dem NDR-Regime vorgespannt sind ("Bias"). Vorteile derartiger aktiver Elemente sind niedriger Energieverbrauch, die Integration einer Logikschaltung und einer digitalen Schaltung in den gleichen Prozess, sowie unterschiedliche Betriebsbedingungen/Betriebsparameter hinsichtlich Standardvorrichtungen wie Tunneldioden, was in Unterschieden hinsichtlich erreichbarer Oszillationsfrequenzen, elektrischem Rauschen und Verstärkungsfaktoren der Schaltung resultiert.
  • 10A zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines aktiven Elements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In einem ersten Prozess 1001 wird ein Festkörperelektrolyt abgeschieden unter Verwendung eines Co-Sputter-Prozesses von Festkörperelektrolytmaterial und metallischem Material. In einem zweiten Prozess 1002 wird festgestellt, ob der Festkörperelektrolyt aufgrund eines thermischen Wärmebehandlungsprozesses bereits einen negativen differentiellen Widerstand aufweist. Wenn der Festkörperelektrolyt bereits einen negativen differentiellen Widerstand aufweist, wird das Verfahren in einem dritten Prozess 1003 beendet. Ist dies nicht der Fall, wird der erste Prozess 1001 wiederholt.
  • 10B zeigt ein Verfahren zum Herstellen eines aktiven Elements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. In einem ersten Prozess 1004 wird ein Multischichtstapel abgeschieden, der eine Mehrzahl von Schichten mit Festkörperelektrolytmaterial und eine Mehrzahl von Schichten mit metallischem Material aufweist. In einem zweiten Prozess 1005 wird der Multischichtstapel einer Wärmebehandlung unterzogen. In einem dritten Prozess 1006 wird ermittelt, ob der Festkörperelektrolyt aufgrund der thermischen Wärmebehandlung bereits einen negativen differentiellen Widerstand aufweist. Wenn der Festkörperelektrolyt bereits einen negativen differentiellen Widerstand aufweist, wird das Verfahren in einem vierten Prozess 1007 beendet. Ansonsten wird der zweite Prozess 1005 wiederholt.
  • Wie in 11A und 11B gezeigt ist, können Ausführungsformen der erfindungsgemäßen aktiven Elemente/integrierten Schaltungen in Modulen zum Einsatz kommen. In 11A ist ein Speichermodul 1100 gezeigt, das ein oder mehrere aktive Elemente/integrierte Schaltungen 1104 aufweist, die auf einem Substrat 1102 angeordnet sind. Das Speichermodul 1100 kann auch ein oder mehrere elektronische Vorrichtungen 1106 aufweisen, die Speicher, Verarbeitungsschaltungen, Steuerschaltungen, Adressschaltungen, Busverbindungsschaltungen oder andere Schaltungen bzw. elektronische Einrichtungen beinhalten, die mit Speichervorrichtung(en) eines Moduls kombiniert werden können, beispielsweise den aktiven Elementen/integrierten Schaltungen 1104. Weiterhin kann das Speichermodul 1100 eine Mehrzahl elektrischer Verbindungen 1108 aufweisen, die eingesetzt werden können, um das Speichermodul 1100 mit anderen elektronischen Komponenten, beispielsweise anderen Modulen, zu verbinden.
  • Wie in 11B gezeigt ist, können diese Module stapelbar ausgestaltet sein, um einen Stapel 1150 auszubilden. Beispielsweise kann ein stapelbares Speichermodul 1152 ein oder mehrere aktive Elemente/integrierte Schaltungen 1156 enthalten, die auf einem stapelbaren Substrat 1154 angeordnet sind. Das stapelbare Speichermodul 1152 kann auch ein oder mehrere elektronische Vorrichtungen 1158 aufweisen, die Speicher, Verarbeitungsschaltungen, Steuerschaltungen, Adressschaltungen, Busverbindungsschaltungen oder andere Schaltungen bzw. elektronische Einrichtungen beinhalten, und die mit Speichervorrichtungen eines Moduls kombiniert werden können, beispielsweise mit den aktiven Elementen/integrierten Schaltungen 1156. Elektrische Verbindungen 1160 werden dazu benutzt, um das stapelbare Speichermodul 1152 mit anderen Modulen innerhalb des Stapels 1150 zu verbinden. Andere Module des Stapels 1150 können zusätzliche stapelbare Speichermodule sein, die dem oben beschriebenen stapelbaren Speichermodul 1152 ähneln, oder andere Typen stapelbarer Module sein, beispielsweise stapelbare Verarbeitungsmodule, Kommunikationsmodule, oder Module, die elektronische Komponenten enthalten.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können aktive Elemente/integrierte Schaltungen, die vorangehend beschrieben wurden, in einer Vielzahl von Applikationen oder Systemen zum Einsatz kommen, wie beispielsweise in dem in 12 gezeigten Computersystem. Das Computersystem 1200 weist aktive Elemente/integrierte Schaltungen 1202 auf. Das System weist ferner eine Verarbeitungseinrichtung 1204 (beispielsweise ein Mikroprozessor, eine andere Verarbeitungseinrichtung oder ein Controller), eine Eingabe- und Ausgabeeinrichtung, beispielsweise eine Tastatur 1206, eine Anzeige 1208 und/oder eine Drahtloskommunikationseinrichtung 1210 auf. Die aktiven Elemente/integrierten Schaltungen 1202, die Verarbeitungseinrichtung 1204, die Tastatur 1206, die Anzeige 1208 sowie die Drahtloskommunikationseinrichtung 1210 sind mittels eines Busses 1212 miteinander verbunden.
  • Die Drahtloskommunikationseinrichtung 1210 kann dazu ausgelegt sein, über ein Telefon-Festnetz, ein WiFi-Drahtlosnetzwerk oder andere drahtlose Netzwerke zu senden oder zu empfangen. Die in 12 gezeigten Eingabe-Ausgabeeinrichtungen sind nur Beispiele. Die integrierten Schaltungen/Speichervorrichtungen, die vorangehend beschrieben wurden, können in alternativen Systemen zum Einsatz kommen. Alternative Systeme können eine Vielzahl unterschiedlicher/alternativer Eingabe- und Ausgabeeinrichtungen, Prozessoren, oder Verarbeitungseinrichtungen sowie Buskonfigurationen aufweisen. Derartige Systeme können zum allgemeinen Gebrauch oder für spezielle Zwecke ausgelegt sein, beispielsweise für drahtlose Kommunikation/Festnetzkommunikation, Fotografie, Abspielen von Musik oder anderer digitaler Information, oder beliebigen anderen bekannten oder noch nicht bekannten Anwendungen im Zusammenhang mit einem Computersystem.
  • In der folgenden Beschreibung sollen weitere Aspekte beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert werden.
  • Speicherzellen mit Festkörperelektrolytmaterial sind als programmierbare Metallisierungsspeicherzellen (PMC-Speicherzellen) bekannt. Speichervorrichtungen mit derartigen PMC-Speicherzellen sind unter anderem als Leitungsbrückenspeichervorrichtungen mit wahlfreiem Zugriff (CBRAM-Vorrichtungen) bekannt. Das Speichern unterschiedlicher Zustände in einer PMC-Speicherzelle basiert auf der Widerstandsänderung, die durch das Ausbilden oder das Löschen eines leitenden Pfads in dem Elektrolytmaterial zwischen den Elektroden induziert wird.
  • CBRAM-Technologie ist eine vielversprechende Speichertechnologie, an der intensiv geforscht wird. Die Forschungsarbeit konzentriert sich hierbei insbesondere auf Speicherapplikationen und/oder schaltbarer metallischer Verbindungen für programmierbare Logik.
  • Andererseits können die gleichen Aufbauten, die Festkörperelektrolytmaterial und geeignete Elektroden verwenden, den Weg frei machen für eine komplett neue Klasse von Applikationen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein neuer Betriebsmodus für Leitungsbrückenübergangszellen (conductive bridging junction cell (CBJ)), bereitgestellt, die neuartige Applikationen wie Verstärker, Oszillatoren sowie Frequenzgeneratoren ermöglichen. Weiterhin können diese neuen Vorrichtungen als eigenständige Vorrichtungen zum Einsatz kommen ("Stand-alone-Vorrichtungen"), und sind weiterhin in einer Steuerungs/Logikeinheit als Teil einer Speichervorrichtung einsetzbar.
  • Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind in einer großen Bandbreite technischer Gebiete einsetzbar. Die allgemeine elektrische Eigenschaft, die eingesetzt wird, ist eine IV-Charakteristik mit einem Zweig, der einen negativen differentiellen Widerstand (NDR) aufweist. Dies ermöglicht den Einsatz in Verstärkern, Frequenzumwandlern, Oszillatoren, etc.
  • Für diese Applikationen werden Vorrichtungen wie die Tunneldiode (ESAKI-Diode), IMPATT-Diode oder BARITT-Diode eingesetzt. Jedoch zeigen diese Vorgehensweisen einige Nachteile: Die Dioden sind lediglich Teil der Schaltung, die dazu ausgelegt ist, die gewünschte Funktionalität zu liefern (Verstärkung, Umwandlung, etc.). Die Dioden sind in Form von diskreten Vorrichtungen verfügbar, was den Aufbau vergrößert und verkompliziert. Nur begrenzter Parameterraum ist für bestimmte Vorrichtungen verfügbar hinsichtlich des Frequenzbereichs, des Lärms, und/oder der Energie. NDR-Vorrichtungen basieren auf unterschiedlichen Technologien, verglichen zu Technologie für die Hauptschaltung, für die sie ausgelegt sind.
  • Ausführungsformen der Erfindung basieren auf CB-Übergangszellen, die von Speicherapplikationen, die momentan erforscht werden, bekannt sind. Modifikationen werden beschrieben, die zum Auftreten von NDR-Zweigen in der IV-Charakteristik führen. Der Einsatz dieses neuen Effekts im Kontext mit verschiedenen Betriebsmodi macht den Weg frei für die oben erwähnten Anwendungen. Der Einsatz von CBJ in diesen Anwendungen ist mit einigen Vorteilen verknüpft: vollkommen neue Anwendungen für CBJ, und erweiterter Parameterraum für die Applikationen (Frequenz, Energie, Rauschen) aufgrund der unterschiedlichen Details hinsichtlich der elektrischen Performanz, verglichen zu herkömmlichen Technologien. Weiterhin werden diese Vorrichtungstypen in einer Vielzahl von technischen Gebieten eingesetzt. Die neue Technologie ermöglicht es, die Vorrichtung in die Schaltung auf einem Chip zu integrieren. Dies bedeutet, dass entweder der teure und umständliche Einsatz diskreter Vorrichtungen vermieden werden kann, oder neue Integrationsoptionen anwendbar sind. Beispielsweise benötigen Speichervorrichtungen einen Oszillator und/oder einen Verstärker. CBJ kann auch innerhalb des Speicherarrays in Form von Speicherelementen als auch im Logikteil eingesetzt werden unter Verwendung der gleichen (Herstellungs-)Technologie.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine CBJ-Zelle, die aus Elektrolytmaterial besteht (GeSe, GeS, AgS, AgSe), zwischen zwei geeignete Elektroden eingebracht. Im Ursprungszustand wird keine metallische Verbindung ausgebildet, und die CBJ ist im hochohmigen Zustand, wie dies beim Einsatz in Speicherapplikationen der Fall ist. Dann wird die Zelle auf spezielle Art und Weise behandelt, um die gewünschte NDR-Charakteristik zu erhalten: eine Temperaturbehandlung kann ausgeführt werden, um eine große Menge von metallischen Clustern (Material von einer Elektrode: Ag, Cu) in dem Elektrolyten aufzulösen; eine hohe Vorwärtsvorspannung kann angewandt werden, um eine große Menge an metallischen Ionen von einer Elektrode in den Elektrolyten einzutreiben und als metallische Cluster zu deponieren, vorzugsweise nahe der entgegengesetzten Elektrode (inert: W, Ni, Ti, und Nitrid); Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist zumindest der Großteil der Hohlräume nahe der inerten Elektrode angeordnet. Eine Abscheidung metallischer Cluster kann während des Prozessierens der Zelle/während des Abscheidens der Elektrolytschicht ausgeführt werden, beispielsweise durch Co-Sputtern von Elektrodenmaterial.
  • Eine Idee und ein zugrunde liegender Effekt für das beobachtete elektrische Verhalten ist wie folgt: Die Behandlung bewirkt das Ausbilden dauerhafter Hohlräume in dem Elektrolytmaterial, die mit metallischen Clustern gefüllt sind. Damit werden metallische Verbindungen ausgebildet, die die CBJ in den niedrigohmigen Zustand bei dem Nichtvorhandensein einer Vorspannung versetzen. Das Anwenden einer Rückwärts-Vorspannung (hinsichtlich einer normalen Schreiboperation in Speicherapplikationen, d. h. eine negative Spannung bei der Anode) treibt das metallische Material zurück in das Chalcogenid oder zurück zur Anode, womit der Widerstand erneut erhöht wird. Das Aufheben der Vorspannung resultiert in einem spontanen Neuauffüllen der Hohlräume mit metallischem Material. Dies ergibt ein Hysterese-Verhalten mit ausgeprägter NDR-Charakteristik.
  • Während des Betriebs der CBJ gemäß einer Ausführungsform der Erfindung muss die Zelle in dem NDR-Regime vorgespannt („gebiased") werden. Die Signalverstärkung ist möglich, und die starke nichtlineare Charakteristik ermöglicht das Entdämpfen, die Frequenzumwandlung und das Mischen. Die Geschwindigkeit des Betriebs sowie andere elektrische Parameter wie der Verstärkungsfaktor werden durch die Bewegung des metallischen Materials innerhalb des Clusters gesteuert und können durch Design-/Technologieparameter der Zelle eingestellt werden: Dicke des Elektrolyten, Mobilität des metallischen Materials, etc.
  • Im Rahmen der Erfindung beinhalten die Begriffe „Koppeln" und „Verbinden” sowohl direktes als auch indirektes Koppeln und Verbinden.
    • 100
    Festkörperelektrolytspeicherzelle
    101
    erste Elektrode
    102
    zweite Elektrode
    103
    Festkörperelektrolytblock
    104
    erste Oberfläche
    105
    zweite Oberfläche
    106
    Isolationsstruktur
    107
    leitender Pfad/Leitungsbrücke
    108
    Cluster
    200
    aktives Element
    201
    Hohlraum
    202
    metallisches Material
    D
    Durchmesser
    700
    integrierte Schaltung
    701
    Speicherarray
    702
    Steuerschaltung
    703
    Chips
    704
    Festkörperelektrolytspeicherzelle
    705
    aktives Element
    800
    integrierte Schaltung
    801, 802, 803
    Widerstand
    804
    Kondensator
    805
    Induktivität
    806
    Energieversorgung
    807
    aktives Element
    901, 902, 903
    Strom-/Spannungskurve
    1100
    Speichermodul
    1104
    aktives Element/integrierte Schaltung
    1102
    Substrat
    1106
    elektronische Vorrichtung
    1108
    elektrische Verbindung
    1150
    Stapel
    1152
    Speichermodul
    1156
    Speichervorrichtung
    1158
    elektronische Vorrichtung
    1200
    Computersystem
    1202
    aktives Elemente/integrierte Schaltunge
    1204
    Verarbeitungseinrichtung
    1206
    Tastatur
    1208
    Anzeige
    1210
    Drahtloskommunikationseinrichtung
    1212
    Bus

Claims (33)

  1. Integrierte Schaltung mit einem aktiven Element, wobei das aktive Element eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode und einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist, wobei der Festkörperelektrolyt einen negativen differentiellen Widerstand aufweist.
  2. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei der Festkörperelektrolyt dauerhaft vorhandene Hohlräume aufweist, die zumindest teilweise mit metallischem Material gefüllt sind.
  3. Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, wobei die Hohlräume so angeordnet sind, dass metallisches Material aus den Hohlräumen herausgetrieben wird, sobald eine externe Spannung zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angelegt wird, oder sobald eine externe Spannung zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode einen entsprechenden Treibspannungsschwellenwert überschreitet.
  4. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei die Hohlräume so angeordnet sind, dass metallisches Material aus dem Festkörperelektrolyten in die Hohlräume hineingetrieben wird, sobald eine externe Spannung zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode verschwindet, oder sobald eine externe Spannung, die zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode anliegt, unter einen entsprechenden Treibspannungsschwellenwert fällt.
  5. Integrierte Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die externe Spannung, die zum Treiben des metallischen Materials aus den Hohlräumen heraus eingesetzt wird, 0,1 V bis 2 V, 0,2 V bis 1 V oder 0,3 V bis 0,5 V beträgt.
  6. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das metallische Material innerhalb der Hohlräume metallische Cluster ausbildet.
  7. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Hohlräume Durchmesser aufweisen, die 5 nm bis 1 μm oder 10 nm bis 100 nm betragen.
  8. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das metallische Material und die reaktive Elektrode das gleiche Material aufweisen oder aus dem gleichen Material bestehen.
  9. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Festkörperelektrolyt Chalcogenid aufweist oder aus Chalcogenid besteht.
  10. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die reaktive Elektrode Silber oder Kupfer aufweist oder aus Silber oder Kupfer besteht.
  11. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei das metallische Material Silber oder Kupfer aufweist bzw. aus Silber oder Kupfer besteht.
  12. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das aktive Element eine Diode oder ein Transistor ist.
  13. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die integrierte Schaltung einen Verstärker, einen Frequenzumwandler oder einen Oszillator aufweist.
  14. Verfahren zum Betreiben einer integrierten Schaltung mit einem aktiven Element, wobei das aktive Element eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode und einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist, wobei der Festkörperelektrolyt einen negativen differentiellen Widerstand aufweist, und das Verfahren aufweist: – Erhöhen des Widerstands des aktiven Elements durch Erhöhen der Stärke einer externen Spannung, die zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode anliegt, und/oder – Verringern des Widerstands des aktiven Elements durch Verringern der Stärke einer externen Spannung, die zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode anliegt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei, um den Widerstand des aktiven Elements zu erhöhen, metallisches Material aus den dauerhaft vorhandenen Hohlräumen heraus in den Festkörperelektrolyten hineingetrieben wird durch Erhöhen der Stärke einer externen Spannung, die zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angelegt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei, um den Widerstand des aktiven Elements zu verringern, metallisches Material in die dauerhaft vorhandenen Hohlräume des Festkörperelektrolyten eingetrieben wird durch Verringern der Stärke einer externen Spannung, die zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode anliegt.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 17, wobei die externe Spannung, die zum Heraustreiben des metallischen Materials aus den Hohlräumen eingesetzt wird, 0,1 V bis 2 V, 0,2 V bis 1 V, oder 0,3 V bis 0,5 V beträgt.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei die externe Spannung zum Eintreiben von metallischem Material in die Hohlräume 0 V bis 0,3 V oder 0 V bis 0,1 V beträgt.
  19. Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung mit einem aktiven Element, wobei das Verfahren aufweist: – Wärmebehandeln einer Verbundstruktur, die eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode und einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist, – wobei die Wärmebehandlung so lange ausgeführt wird, bis der Festkörperelektrolyt einen negativen differentiellen Widerstand aufweist.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Parameter der Wärmebehandlung so gewählt sind, dass dauerhaft vorhandene Hohlräume innerhalb des Festkörperelektrolyten ausgebildet werden, die mit metallischem Material gefüllt sind, wobei das metallische Material aufgrund der Wärmebehandlung aus der reaktiven Elektrode in den Festkörperelektrolyt hineingetrieben wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Wärmebehandlung bei Temperaturen um 300°C bis 500°C oder bei Temperaturen um 350°C bis 450°C ausgeführt wird.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei die Dauer der Wärmebehandlung zehn Minuten bis zwei Stunden oder 30 Minuten bis eine Stunde beträgt.
  23. Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung mit einem aktiven Element, wobei das Verfahren aufweist: – Anlegen einer Spannung zwischen die reaktive Elektrode und die inerte Elektrode einer Verbundstruktur, die eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode und einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist, – wobei das Anlegen der Spannung so lange ausgeführt wird, bis der Festkörperelektrolyt einen negativen differentiellen Widerstand aufweist.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Anlegen der Spannung ausgeführt wird, bis dauerhaft vorhandene Hohlräume innerhalb des Festkörperelektrolyten ausgebildet sind, die mit metallischem Material gefüllt sind, das aufgrund des Anlegens der Spannung aus der reaktiven Elektrode in den Festkörperelektrolyten hineingetrieben wird.
  25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, wobei das Anlegen der Spannung bei Spannungen um 0,3 V mit einer Strombegrenzung von 10 μA bis 1 mA oder einer Begrenzung von 50 μA bis 200 μA ausgeführt wird.
  26. Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung mit einem aktiven Element, das eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode und einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist, wobei das Verfahren aufweist: – Abscheiden des Festkörperelektrolyten unter Verwendung eines Co-Sputterprozesses von Festkörperelektrolytmaterial und metallischem Material.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei der Festkörperelektrolyt nach Ausführen des Abscheideprozesses einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
  28. Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung mit einem aktiven Element, das eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode und einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist, wobei das Verfahren aufweist: – Abscheiden des Festkörperelektrolyten, indem ein Multischichtstapel mit einer Mehrzahl von Schichten mit Festkörperelektrolytmaterial und einer Mehrzahl von Schichten mit metallischem Material abgeschieden wird, und der Multischichtstapel einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
  29. Aktives Element, mit einer reaktiven Elektrode, einer inerten Elektrode und einem Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, wobei der Festkörperelektrolyt des aktiven Elements einen negativen differentiellen Widerstand aufweist.
  30. Speichermodul, mit wenigstens einer integrierten Schaltung, die jeweils wenigstens ein aktives Element aufweist, oder mit wenigstens einem aktiven Element, wobei das wenigstens eine aktive Element eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode und einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist, wobei der Festkörperelektrolyt des aktiven Elements einen negativen differentiellen Widerstand aufweist.
  31. Speichermodul nach Anspruch 30, wobei das Speichermodul stapelbar ist.
  32. Computersystem, mit: – einer Eingabeeinrichtung; – einer Ausgabeeinrichtung; – einer Verarbeitungseinrichtung; und – einem aktiven Element, wobei das aktive Element eine reaktive Elektrode, eine inerte Elektrode sowie einen Festkörperelektrolyten, der zwischen der reaktiven Elektrode und der inerten Elektrode angeordnet ist, aufweist, und wobei der Festkörperelektrolyt einen negativen differentiellen Widerstand aufweist.
  33. Computersystem nach Anspruch 32, wobei zumindest eine der Eingabeeinrichtung und der Ausgabeeinrichtung eine Drahtloskommunikationseinrichtung ist.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8238146B2 (en) * 2008-08-01 2012-08-07 Boise State University Variable integrated analog resistor
US20100140578A1 (en) * 2008-12-05 2010-06-10 Seagate Technology Llc Non volatile memory cells including a composite solid electrolyte layer
US20140225646A1 (en) * 2011-11-04 2014-08-14 Matthew D. Pickett Decoder circuits having metal-insulator-metal threshold switches
US8928560B2 (en) 2012-03-20 2015-01-06 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Display matrix with resistance switches
US9135978B2 (en) 2012-07-11 2015-09-15 Micron Technology, Inc. Memory programming methods and memory systems
US9293196B2 (en) 2013-03-15 2016-03-22 Micron Technology, Inc. Memory cells, memory systems, and memory programming methods
KR20170078284A (ko) * 2015-12-29 2017-07-07 에스케이하이닉스 주식회사 반도체 장치의 제조 방법 및 동작 방법

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2059445A1 (de) * 1969-12-10 1971-06-16 Western Electric Co Hochfrequenzoszillator mit einer Halbleiter-Grenzflaechendiode
DE102004025615A1 (de) * 2004-05-25 2005-12-29 Infineon Technologies Ag Verfahren zum Herstellen einer Festkörperelektrolytspeicherzelle
DE102004031135A1 (de) * 2004-06-28 2006-01-19 Infineon Technologies Ag Resistives Halbleiterelement basierend auf einem Festkörperionenleiter
DE102005003025A1 (de) * 2005-01-22 2006-08-03 Infineon Technologies Ag PMC-Speicherschaltung sowie Verfahren zum Speichern eines Datums in einer PMC-Speicherschaltung
DE102005012047A1 (de) * 2005-03-16 2006-09-28 Infineon Technologies Ag Festkörperelektrolyt-Speicherelement und Verfahren zur Herstellung eines solchen Speicherlements
DE102005013325A1 (de) * 2005-03-22 2006-10-05 Infineon Technologies Ag Verfahren zur Verbindung einer Mehrzahl integrierter Schaltungen zu einem Schaltungsmodul, entsprechendes Schaltungsmodul und entsprechendes Anwendungsverfahren
KR20070021656A (ko) * 2005-08-19 2007-02-23 삼성전자주식회사 고농도로 도핑된 실리콘 박막의 형성 방법 및 이를 이용한비휘발성 메모리 장치의 제조 방법
DE60220394T2 (de) * 2001-04-20 2008-01-31 Plastic Eprint Ltd. Nanoelektronische bauelemente und schaltungen

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2059445A1 (de) * 1969-12-10 1971-06-16 Western Electric Co Hochfrequenzoszillator mit einer Halbleiter-Grenzflaechendiode
DE60220394T2 (de) * 2001-04-20 2008-01-31 Plastic Eprint Ltd. Nanoelektronische bauelemente und schaltungen
DE102004025615A1 (de) * 2004-05-25 2005-12-29 Infineon Technologies Ag Verfahren zum Herstellen einer Festkörperelektrolytspeicherzelle
DE102004031135A1 (de) * 2004-06-28 2006-01-19 Infineon Technologies Ag Resistives Halbleiterelement basierend auf einem Festkörperionenleiter
DE102005003025A1 (de) * 2005-01-22 2006-08-03 Infineon Technologies Ag PMC-Speicherschaltung sowie Verfahren zum Speichern eines Datums in einer PMC-Speicherschaltung
DE102005012047A1 (de) * 2005-03-16 2006-09-28 Infineon Technologies Ag Festkörperelektrolyt-Speicherelement und Verfahren zur Herstellung eines solchen Speicherlements
DE102005013325A1 (de) * 2005-03-22 2006-10-05 Infineon Technologies Ag Verfahren zur Verbindung einer Mehrzahl integrierter Schaltungen zu einem Schaltungsmodul, entsprechendes Schaltungsmodul und entsprechendes Anwendungsverfahren
KR20070021656A (ko) * 2005-08-19 2007-02-23 삼성전자주식회사 고농도로 도핑된 실리콘 박막의 형성 방법 및 이를 이용한비휘발성 메모리 장치의 제조 방법

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